波峰焊接基础技术理论之二Word文档格式.docx

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早期的電子設備中所用PCB都是無金屬化孔的單面PCB，焊點的結構形式大致如圖1所示。

在圖1所示的結構模式中，焊點隻存在外露部分，而不存在孔內部分。

因此，焊點的機械強度只處決於焊盤銅箔和基板材料之間的粘合力，以及釺料浸潤高度（h）和藍色線表示的合金層。

顯然無金屬化孔的單面PCB不論是機械強度還是電氣性能都不是很理想的。

因此，在無金屬化孔的單面PCB上安裝元器件時必須採取必要的補強措施，以提高焊點的可靠性。

1.1.2對焊點的補強措施

⑴採用補強安裝結構

焊盤銅箔和基板的膠合面不能因安裝了元器件而增加額外的應力。

這種應力主要受元器件本身的品質和外力作用的結果，因此，在安裝結構上通常採取如圖2所示的形式進行結構補強。

圖2所示的安裝形式中，元器件本身的重量（Fg）或者所受的外力（F）都不會直接作用在焊盤銅箔上，從而避免了焊盤銅箔受力作用而導致焊盤銅箔從基板的膠合面上剝離現象的發生。

⑵控制引線伸出焊盤的高度和浸潤高度

日本學者綱島瑛一就圖1所示的焊點接頭結構（無金屬化孔的單面板），試驗確定當引線伸出高度H＝3.18mm（1／8”）時焊點的強度最高，如圖3所示。

釺料浸潤高度的增加，意味著焊點的接觸面積加大（焊點的圓錐高度增大），通常把它作為提升無金屬化孔的單面PCB焊點可靠性的一個有效手段。

釺料的浸潤高度與抗拉強度，之間的關係，如圖4所示。

美國波音公司對無金屬化孔的單面板要求伸出高度（H）最小為焊盤半徑，最大為焊盤直徑，浸潤高度h＝H2/3，如圖5所示。

美國軍標MIL-S-45743E規定基本與波音公司相同。

IPC-A-610C規定“對於單面板，無論是哪一級要求，引線或導線的伸出高度H至少為0.5mm”，如圖6所示。

1.2有金屬化孔的雙面PCB的焊點結構

1.2.1焊點結構模型

無金屬化孔的單面PCB不論是機械強度還是電氣性能都不是很理想的，因此在現代有可靠性要求的電子產品中應用愈來愈少。

而孔金屬化的雙面PCB，正以優異的機械強度、電氣性能及導熱性能在電子工業中迅速取代無金屬化孔的單面PCB。

分析孔金屬化的雙面PCB的焊點結構，如圖7所示。

對孔金屬化的雙面PCB安裝元器件焊接後，典型的焊點結構特徵是存在著孔內部分和孔外部分（即外露部分）。

⑴孔內部分

孔內完全充滿釺料，並在與釺料相接觸的介面處形成銅錫合金層。

只要間隙合適，波峰焊接的工藝參數選擇合理。

那麼在孔壁和引線之間就完全為機械強度高，導電性能好，導熱能力強的銅錫合金層所充填。

中間將不再夾有機、電、熱等性能相對都差的純釺料層，如圖8所示。

因而此時的接頭狀態不論是機械強度還是導電性、導熱性都將達到最佳。

1.2.2外露部分的結構參數要求

孔金屬化雙面PCB安裝元器件後焊點結構外露部分，實際上指的就是在焊接面的孔外部分。

描述此部分的結構參數仍然是：

引線伸出焊盤面的高度和釺料的浸潤高度。

但就影響焊點可靠性的主要因素而言，起主導作用的是孔內部分，孔外部分對焊點綜合性能的影響與孔內部分相比，巳經是微乎其微。

因此目前在世界電子產品安裝結構中，為了改善裝聯中波峰焊接的工藝性以及提高焊點在惡劣環境中的工作能力，國外各工業部門都作出了修正。

⑴美國軍標：

MIL-S-45743E規定：

“……引線應穿過印製板，伸出長度為0.030英寸（0.76mm），最大為0.060英寸（1.5mm）。

”如圖9所示。

⑵美國波音公司（從事飛機、導彈、衛星生產）“電子工藝標準手冊”規定

不彎曲也不與電路勾合的元件引線應妥善洗淨並剪斷，剪到引線能伸出焊盤1/32英寸（0.79mm）的長度，如圖10所示。

⑶美國工業標準IPC-A-610C規定：

元器件引腳伸出焊盤的部分不能導致出現以下情況：

減小電氣間陳、由於引腳的偏移而產生焊接缺陷、或日後使用、操作環境中發生的靜電防護封裝被穿透的可能。

高頻情況時要對元器件引腳的長度有更加明確的要求以免影響產品的功能。

IPC-A-610C3級（高性能電子產品）具體要求如圖11所示。

注：

對於厚度超過2.3mm的通孔板，引腳長度己確定的元器件，如DIP、插座等，引腳突出允許不可辨識。

通過上述討論可知：

在孔金屬化的雙面PCB的焊點結構中，元器件引腳像釘子一樣被釘住在金屬化孔內，顯然此時的機、電性能及傳熱能力等均是無金屬化孔的單面PCB焊點結構（圖1）所無法比擬的。

在圖7所示的結構中，影響焊點機、電性能的主要因素是孔內部分孔和引線之間的間隙和位於間隙內釺料的合金化程度。

相比之下，而受焊點外露部分結構參數（引腳伸出高度H）的影響巳極為有限。

2金屬化孔雙面PCB焊點外露部分結構參數對工作狀態的影響

前面己經討論到有金屬化孔的雙面PCB焊點結構外露部分，對焊點的機、電、熱性能所起的作用是非常微弱的。

在此前提下減小焊點引腳的突出高度，還可以獲得下列好處：

⑴改善了波峰焊接的工藝性

引腳突出焊盤高度的增大，PCB經過波峰時對液態釺料的流態干擾愈大，附面層厚度增加，形成大量紊流和漩渦，導致焊接缺陷（如橋連、錫珠、鼓泡等）頻頻發生。

當突出高度小＜1mm以後，引腳突出部分在經過釺料波峰時對液態釺料流態的干擾就很小，故焊接缺陷就少，特別是對密集型焊點陣列（如DIP、插座等）更為明顯。

⑵有利於電路工作的穩定性

過長的引腳在PCB板面上不同電位點之間將形成額外的雜散電埸，從而加劇了分佈電容對電路工作穩

定性的影響，如圖12所示。

因此在高頻情況時對元器件引腳突出的高度有更加嚴格的要求，以免影響產品的性能。

⑶對高壓電路和惡劣環境工作的影響

對在高壓和惡劣環境中工作的電子電路，還往往因為過長的引腳引發尖端放電而導致系統的損壞。

六十年代中後期，某海防（岸－艦）導彈末制導雷達在濕熱和鹽霧環境試驗中出現電洩漏，問題表敘如圖13所示。

按現在PCB所達到的技術和品質水準，只需要減低引線伸出高度就能使焊點獲得所需厚度的三防漆膜，既避免了電洩漏，又不降低焊點的機、電、熱性能。

而將焊點用釺料人工堆成鏝頭狀不僅浪費釺料，而且這種不露筋焊點按現在的觀點看是屬於不合格的焊點。

⑷增加了產品的品質

在一些特種電子裝備（如航空、航太電子裝備）中，產品的品質要求特別嚴格，決不允許超載，過長的引線是增加產品品質的一個要素。

例如：

①60年代中期我國在首次仿製某殲擊機用雷達中，產品仿製出來後就因為重量超標了數百克被軍方拒收，不得己只好人工將過長的導線一一減短，湊了一個來星期才減出這數百克的重量；

②據有關報告稱，在導彈生產中重量每增加1kg，射程就要損失2km。

當然作為通用型電子產品來說，對產品的重量要求不是很嚴格的。

但作為一名工藝工程師來說，平時就應養成追求輕、薄、短、小的良好習慣。

3金屬化孔插器件─引線頭的修剪

IPC-A-610C規定：

只要剪切時無物理衝擊，不破壞元件和焊點，引線在焊後允許修剪，修整線應符合圖11所示的要求。

經過修剪的引線應該進行再次焊接，線頭修剪的再次焊接是整個焊接過程的一部分，不能看作是返修。

修剪後的焊點由於引腳端面的保護層被去除，端面基體金屬直接暴露在外，在以後的工作過程中極易銹蝕而造成焊點故障，另外在剪切力的作用下，還極易在端部引線和焊點間產生裂縫，如圖14所示。

因此，波峰焊接後一般不允許再剪掉，否則就必須對剪過腿的焊點重新補焊一次。

4如何利用通用標準的資料視窗來優化工藝的可操作性

以IPC-A-610C為例，其引腳伸出焊盤面的高度範圍為H=（0～1.5）mm,在該資料視窗我們以中值為基準可以劃分為上半數據視窗和下半數據視窗兩部分，如圖15所示。

⑴下半數據窗口

其取值範圍為（0～0.75）mm，此尺寸範圍特別適合於密集型焊點群（如DIP、多芯插座等）。

此類器件在安裝和波峰焊接過程中，位置的穩定性通常都不存在問題，而影響最大的問題是引腳伸出長度不合適時，將嚴重干擾波峰而導致橋連缺陷的發生。

為了改善工藝的可操作性，對密集型的焊點群其引腳的突出高度應優先在此範圍內選取。

⑵上半數據窗口

其取值範圍為（0.75～1.5）mm，此範圍宜適合於引腳少的元器件（如電阻、電容、二極體等）。

此類元器件焊點比較孤立，在焊接過程中引腳長度對波峰的干擾不大，而主要關注的是元器件在安裝和焊接過程中位置的穩定性。

引腳伸出長度稍大些有利於元器件安裝位置的穩定，因此對此類元器件引腳伸出的長度，最宜在此尺寸範圍的偏高端取值，這樣更有利於工藝操作。